在一年中的适当时间，在宾夕法尼亚州的库克州立森林里，你可以看到大自然最伟大的灯光表演之一：成群的萤火虫在黑暗中同步闪烁，就像圣诞彩灯一样。
九游会论坛大学数学家的一项新九游会论坛研究表明，借用神经科学的数学可以描述这些独特的昆虫如何协调它们的灯光表演，捕捉到它们在野外行为的关键细节。
肯尼斯·p·迪特里希艺术与科学学院数学系教授兼系主任乔纳森·鲁宾说：“这只萤火虫有一个快速的闪光序列，在下一次爆发之前会有一个很大的停顿。”“我们知道一个很好的建模框架，可以捕捉到很多特征，我们很好奇我们能把它推进多远。”
雄性萤火虫会从腹部发出发光来呼唤潜在的配偶，在黑暗中发出闪烁的图案来向同类的雌性求爱。同步萤火虫（Photinus carolinus）更进了一步，它们在整个萤火虫群中协调眨眼。这九游会论坛是一种罕见的特征——在北美只有少数这样的物种——它们发出的惊人的光吸引了大批人来到已知昆虫聚集的地方。
他们也吸引了数学家的兴趣，他们试图了解他们九游会论坛是如何同步眨眼的。这只九游会论坛是同步如何从随机性演变而来的一个例子，这个过程几个世纪以来一直吸引着数学家。17世纪有一个著名的例子，摆钟挂在一起，通过墙壁上的振动来同步，同样的数学分支可以用来描述从肠子的运动到观众鼓掌的一切。
“同步在很多事情上都很重要，不管九游会论坛是好的还九游会论坛是坏的，”合著者巴德·埃尔门特劳特说，他九游会论坛是迪特里希学院的杰出数学教授。“物理学家、数学家，我们都对同步感兴趣。”
为了破解萤火虫的光秀，九游会论坛团队使用了一种更复杂的模型，称为“椭圆爆发”，用于描述脑细胞的行为。两人和当时还九游会论坛是本科生的Madeline McCrea （A&S ' 22）于10月26日在《皇家学会界面杂志》上发表了他们模型的细节。
第一步九游会论坛是模拟一只萤火虫的闪烁，然后扩展到一对萤火虫，看看它们的闪烁频率如何相互匹配。接下来，九游会论坛研究小组转移到一个更大的模拟昆虫群，看看数量、距离和飞行速度如何影响眨眼。
他们发现，改变每只萤火虫可以“看到”彼此的距离，并对彼此做出反应，就会改变昆虫的光秀：通过调整参数，它们可以产生看起来像涟漪或螺旋的闪烁图案。
这些结果与最近发表的几项九游会论坛现实生活中同步萤火虫的观察结果一致——例如，个体萤火虫不一致，而群体萤火虫更有规律地闪烁，当新的萤火虫加入群体时，它们已经完全及时了。
“它捕捉到了他们在生物学中看到的许多更精细的细节，这很酷，”埃尔门特劳特说。“我们没料到会这样。”
数学还可以为萤火虫的九游会论坛研究提供一些预测——例如，光污染和一天中的时间都可能通过改变萤火虫看到彼此眨眼的程度来改变它们产生的模式。
麦克雷作为一名本科生，在系里的画家奖学金的支持下从事这项九游会论坛研究，该奖学金为她提供了整个夏天的九游会论坛研究资金。鲁宾说：“她在这个j9九游会老哥俱乐部交流:九游会登陆上表现得非常出色，而且非常坚持不懈。
该团队九游会论坛是第一个使用这种特殊的脑细胞框架来模拟萤火虫的团队，几个不同的九游会论坛研究团队正在尝试使用不同类型的数学来理解萤火虫。“这更像九游会论坛是一个狂野西部的九游会论坛研究课题，”埃尔门特劳特说。“现在还处于早期阶段，谁知道事情会走向何方？”
埃尔门特劳特和鲁宾还希望，这种数学方法能够激发那些受到萤火虫光芒启发的人的想象力。在这个j9九游会老哥俱乐部交流:九游会登陆中，鲁宾自己决定前往克拉里昂县的库克州立森林，看看他九游会论坛是否能直接发现他的九游会论坛研究对象。
他说：“我说服我妻子在旅游旺季去旅行几天。”“不清楚我们九游会论坛是否看到过同步活动，但我们周围有各种各样的萤火虫。太神奇了。”
——Patrick Monahan，图片来源：Getty